一种有限距成像组的制作方法

1.本技术涉及一种有限距成像组，主要适用于硬性内窥镜光学系统消除或减小成像畸变。


背景技术：

2.硬性内窥镜对目标成像时，目标光线依次经过物镜组、棒镜中继组、目镜组、摄像适配器，最终在图像探测器上成像。传统硬性内窥镜光学系统将物镜组、棒镜中继组、目镜组合成光学视管一体设计制造，摄像适配器单独设计制造，两部分独立校正像差，最后通过机械卡口连接。医生在进行微创手术时，物镜组、棒镜中继组大部分需插入人体，该部分透镜口径小、视场大、畸变大；目镜距离卡口较近，一般不会插入人体，透镜尺寸可以适当加大，视场较小，基本不会引入畸变；摄像适配器亦不需插入人体，透镜口径没有严格限制，视场相对较小，畸变会得到较好的校正。当大畸变的物镜组与棒镜中继组组合和极小畸变的目镜组、摄像适配器一起使用时，最后的图像也具有大畸变，相对畸变通常在20％以上。对大畸变的校正常规方法有光学校正和图像校正两种，图像校正损失一定的分辨率，光学校正通常使用非球面或者在不使用非球面的情况下增加光学系统复杂度(cn107102433b)。对于硬性内窥镜光学视管来说，尤其是耳镜、鼻窦镜、关节镜、膀胱镜等，由于透镜尺寸严格受限，这两种光学校正方法都会使得加工、装配更为困难，尤其是高精度极小口径玻璃非球面透镜的加工。


技术实现要素：

3.本技术解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理，使用方便的有限距成像组，消除或减小硬性内窥镜成像系统的成像畸变。
4.本技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种有限距成像组，在硬性内窥镜物镜组与棒镜中继组组合进行常规设计的基础上，将传统设计中的目镜组与摄像适配器组合成有限距成像组，该有限距成像组产生与前端相反的畸变，使得硬性内窥镜整体光学系统畸变得到校正。所述有限距成像组由同轴依次配置的透镜一、透镜二、透镜三、平板玻璃一、平板玻璃二、透镜四、透镜五、透镜六、透镜七、透镜八、透镜九、平板玻璃三组成。
5.本技术所述透镜一、透镜二组成双胶合透镜组。
6.本技术物镜组和棒镜中继组的组合焦距f
物
、物镜组和棒镜中继组组合的整体半视场θ
物
、有限距成像组的近轴横向放大倍率β
有限距
、物镜组和棒镜中继组组合的整体半视场θ
物
的离散视场为(i,m均为正整数，且i≤m)、物镜组和棒镜中继组组合在离散视场θ
物i
的相对畸变值η
物i
、有限距成像组的离散物高y
有限距i
、有限距成像组在离散视场下的相对畸变值η
有限距i
、有限距成像组离散物高对应的实际像高y'
有限距i
满足以下要求：
7.y
有限距i
＝(1 η
物i
)f
物
tanθ
物i
；
[0008][0009]
y'
有限距i
＝β
有限距f物
tanθ
物i
。
[0010]
所述物面与透镜一的间隔为5毫米；透镜一采用h-zf4a材料制成，透镜一厚度为1.72毫米，透镜一与透镜二的间隔为0；透镜二采用h-zf52gt制成，透镜二的厚度为0.66毫米，透镜二与透镜三的间隔为1.33毫米；透镜三采用h-lak50a制成，透镜三的厚度为0.85毫米，透镜三与平板玻璃一的间隔为7.89毫米；平板玻璃一采用sapphire制成，平板玻璃一的厚度为1毫米，平板玻璃一与平板玻璃二的间隔为10.76毫米；平板玻璃二采用sapphire制成，平板玻璃二的厚度为1毫米，平板玻璃二与透镜四的间隔为2.13毫米；透镜四采用h-zk2制成，透镜四的厚度为2毫米，透镜四与透镜五的间隔为0.41毫米；透镜五采用h-zlaf78b制成，透镜五的厚度为1毫米，透镜五与透镜六的间隔为20.14毫米；透镜六采用h-fk61制成，透镜六的厚度为3毫米，透镜六与透镜七的间隔为3.2毫米；透镜七采用h-zf52tt制成，透镜七的厚度为0.5毫米，透镜七与透镜八的间隔为0.81毫米；透镜八采用h-fk71a制成，透镜八的厚度为1.93毫米，透镜八与透镜九的间隔为3.9毫米；透镜九采用h-zf4agt制成，透镜九的厚度为2.88毫米，透镜九与平板玻璃三的间隔为0.33毫米；平板玻璃三采用h-fk71a制成，平板玻璃三的厚度为1毫米，平板玻璃三与像面的间隔为5毫米。
[0011]
本技术带来的有益效果：本技术通过将传统设计中的目镜组与摄像适配器组合成有限距成像组，产生与物镜组和棒镜中继组组合相反的畸变，进行畸变校正，可实现硬性内窥镜大视场、小畸变的效果；本技术的畸变校正是通过对传统设计中的目镜组与摄像适配器组合的改进来实现的，透镜尺寸相比插入人体部分没有严格限制，相比于在透镜尺寸严格限制的物镜组和棒镜中继组中进行畸变校正，本技术加工、装配难度更低。
附图说明
[0012]
图1是本技术实施例物镜组和棒镜中继组组合的网格畸变示意图。
[0013]
图2是本技术实施例有限距成像组的结构示意图。
[0014]
图3是本技术实施例有限距成像组的网格畸变示意图。
[0015]
图4是本技术实施例硬性内窥镜光学系统整体的网格畸变示意图。
具体实施方式
[0016]
下面结合附图并通过实施例对本技术作进一步的详细说明，以下实施例是对本技术的解释而本技术并不局限于以下实施例。本技术图2左侧为前，右侧为后。
[0017]
参见图1～图4，本技术实施例硬性内窥镜光学系统的设计方法包括以下步骤：
[0018]
步骤1：确定参数，离散视场，输出相对畸变值。
[0019]
确定物镜组和棒镜中继组的组合焦距f
物
＝1.63mm、物镜组和棒镜中继组组合的整体半视场θ
物
＝40
°
、有限距成像组的近轴横向放大倍率β
有限距
＝-1.26，负号代表成倒像；利用常规设计方法完成物镜组和棒镜中继组组合部分的设计，物镜组和棒镜中继组组合部分的网格畸变如图1所示，其最大相对畸变为-22.79％；对θ
物
进行离散，各离散视场为(i,m均为正整数，且i≤m)，令m＝10；在光学设计软件中输出物镜组和棒镜中继
组组合在各离散视场θ
物i
的相对畸变值η
物i
；
[0020] θ
物i
η
物i
i＝14
°‑
0.23％i＝28
°‑
0.91％i＝312
°‑
2.04％i＝416
°‑
3.64％i＝520
°‑
5.69％i＝624
°‑
8.20％i＝728
°‑
11.17％i＝832
°‑
14.60％i＝936
°‑
18.47％i＝1040
°‑
22.79％
[0021]
步骤2：计算有限距成像组中对应的离散物高和相对畸变。用以下公式确定有限距成像组的离散物高y
有限距i
和有限距成像组在各离散视场下的相对畸变值η
有限距i
，用该公式求得的有限距成像组相对畸变能与物镜组和棒镜中继组组合对应视场的相对畸变抵消，实现硬性内窥镜光学系统整体小畸变的设计；
[0022]y有限距i
＝(1 η
物i
)f
物
tanθ
物i
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(式1)
[0023][0024] y
有限距i
η
有限距i
i＝10.1140.23％i＝20.2270.92％i＝30.3392.09％i＝40.4503.77％i＝50.5606.03％i＝60.6668.93％i＝70.77012.57％i＝80.87017.09％i＝90.96522.66％i＝101.05629.52％
[0025]
步骤3：计算有限距成像组应实现的实际像高，如下表所示。用以下公式计算畸变抵消情况下有限距成像组各离散物高对应的实际像高，在光学设计软件中以此为设计目标，完成有限距成像组设计。设计完成的有限距成像组如图2所示，该有限距成像组由同轴依次配置的透镜一2、透镜二3、透镜三4、平板玻璃一5、平板玻璃二6、透镜四7、透镜五8、透镜六9、透镜七10、透镜八11、透镜九12、平板玻璃三13组成，物面1在最左侧，像面14在最右侧，物镜组、棒镜中继组的像面就是图2的物面1，其中透镜一2、透镜二3组成双胶合透镜组，该有限距成像组网格畸变如图3所示。
[0026]
y'
有限距i
＝β
有限距f物
tanθ
物i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(式3)
100.5h-zf52tt 0.81 111.93h-fk71a 3.9 122.88h-zf4agt 0.33 131sapphire 5 14 像面
[0033]
凡是本技术技术特征和技术方案的简单变形或者组合，应认为落入本技术的保护范围。